§ 58. Основные узлы и блоки импульсно-фазового светодальномера

Светодальномер, как уже отмечалось ранее, состоит из приемопере­датчика и пассивного отражателя, устанавливаемых на конечных точ­ках измеряемой линии.

Приемопередатчик фазового (импульсно-фазового) светодальноме­ра включает в себя следующие обязательные узлы: источник излуче­ния, модулятор излучения, генератор масштабной (модулирующей) частоты, передающую и приемную оптические системы, приемно-фа- зометрическую часть, состоящую из приемника излучения и фазомет­ра (обычно цифрового типа).

Источники оптического излучения в современных светодальноме- рах преимущественно лазерного типа. Слово «лазер» образовано началь­ными буквами английской фразы, в переводе означающей: «усиление света посредством стимулированного излучения». Основным достоин­ством лазерных излучателей является их способность создавать мощ­ное когерентное оптическое излучение узкого спектра с малой расхо­димостью выходящего пучка.

В настоящее время наибольшее распространение получают полупро­водниковые лазеры на основе арсенида галлия. Лазер такого типа создает

Г1Ш 11.1ИЕ11МЕИМЕРЕИ1 Ь СЕТИ СГУЩЕН

инфракрасное оптическое излучение с длиной волны Л = 0,8 + 0,9 мкм. Основу его составляет кристалл арсенида галлия, который с помощью впаянных в него проводников соединяется с источником электрической энергии.

Полупроводниковый лазер обладает двумя важными особенностями.

1. Излучение происходит в импульсном режиме. Полупроводнико­вые лазеры излучают световую энергию, сосредоточенную в очень коротком импульсе, в результате чего дальность измерений возрастает в 3 — 5 раз и более.

2. Возможность внутренней модуляции. Источник излучения созда­ет колебания несущей частоты, которые модулируются колебаниями масштабной частоты, определяющей длину волны («метра»), используе­мой при измерении расстояния. Поэтому одним из важнейших узлов светодальномера является генератор масштабной частоты.

Основным назначением генератора является создание модулирую­щих гармонических электрических колебаний строго заданной часто­ты. К стабильности частоты масштабных колебаний предъявляют же­сткие требования. Так, для обеспечения относительной погрешности измерений не ниже (3 -г- 5)10~⁶ относительная нестабильность (уход) масштабной частоты должна быть не более 1-Ю'⁶ в течение 5 — 6 меся­цев. Такая стабильность частоты модуляции обеспечивается (калибру­ется) специальным кварцевым резонатором.

Модулятор излучения представляет собой устройство, позволяющее точно передавать один из параметров электрических колебаний генера­тора масштабной частоты несущим колебаниям оптического диапазона, излучаемым лазером, т. е. модулировать несущие колебания. Полупро­водниковые лазерные источники излучения обладают замечательным свойством внутренней модуляции, что позволяет создавать легкие, пор­тативные светодальномеры.

При применении полупроводниковых лазеров в качестве модулято­ра используют непосредственно источник излучения. Изменяя с помо­щью колебаний масштабной частоты, создаваемых задающим генера­тором, величину тока, проходящего через лазерный кристалл, удается получить модулированное по амплитуде оптическое излучение лазера. Мгновенное излучение лучистой энергии полупроводникового лазера пропорционально питающему току. В результате лазер излучает очень короткие, мощные оптические импульсы с частотой следования, точно соответствующей частоте электрических колебаний масштабного гене­ратора. Такой способ управления оптическим излучением получил на­звание внутренней модуляции.

Модулированный световой поток импульсов направляется передаю­щей оптической системой светодальномера на отражатель.

В современных светодальномерах применяют призменные отража­тели, состоящие из различного числа уголковых призм (трипельпризм), смонтированных в корпусе (рис. 81). Назначение отражателя — возвра­щать падающие на него лучи в обратном направлении строго параллель­но первоначальному с минимальными потерями световой энергии.

Трипельпризма — элемент призменного отражателя, имеет три взаимно перпендикулярные грани, а также входную грань в виде пра-

вилъиого шестиугольника. Световые лучи, падающие на входную грань, поочередно отражаясь от каждой из трех граней, выходят из призмы в обратном направлении, параллельном первоначальному (см. рис. 81, а). Расходимость пучка лучей, отраженных трипельпризмой, — минималь­на (около 10—15"). Отражатели с трипельпризмами имеют (по сравне­нию с другими типами) очень важное достоинство — они мало чувстви­тельны к перекосам относительно створа измеряемой линии (допускается погрешность до 1°).

Отраженный поток световых импульсов приемной оптической сис­темой направляется в приемно-фазометрическую часть светодальноме­ра, состоящую из приемника излучения и фазометра. Приемником излучения у современного светодальномера обычно служит фотоэлект­ронный умножитель (ФЭУ), предназначенный для преобразования по­ступающего от отражателя (или внутренней оптической линии свето­дальномера) светового потока в электрические сигналы, которые необходимы для выполнения фазовых измерений.

Одним из центральных узлов светодальномера является фазоизмери- тельное устройство — фазометр, служащий для измерения разности фаз или временного интервала между поступающими из ФЭУ информа­ционным и опорным сигналами, по значениям которых вычисляется ве­личина измеряемого расстояния. В светодальномерах последних лет по­лучили применение электронные цифровые фазометры, принцип действия которых описан выше. Фазометры данного типа автоматизиро­ваны вплоть до выдачи результатов на электронное цифровое табло.